مختزلة السيتوكروم ج بواسطة الإنزيم المساعد Q

إنزيم Q المساعد  : سيتوكروم c - أوكسيدوريدوكتاز ، والذي يُسمى أحيانًا معقد سيتوكروم bc ₁ ، وأحيانًا أخرى المعقد III ، هو المعقد الثالث في سلسلة نقل الإلكترون ( EC 1.10.2.2 )، ويلعب دورًا حاسمًا في التوليد الكيميائي الحيوي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ( الفسفرة التأكسدية ). المعقد III هو بروتين غشائي متعدد الوحدات الفرعية، مُشفّر بواسطة كل من الجينوم الميتوكوندري ( سيتوكروم b ) والجينوم النووي (جميع الوحدات الفرعية الأخرى). يتواجد المعقد III في ميتوكوندريا جميع الحيوانات وجميع حقيقيات النوى الهوائية، وفي الأغشية الداخلية لمعظم البكتيريا . تُسبب الطفرات في المعقد III عدم تحمل الجهد البدني ، بالإضافة إلى اضطرابات متعددة الأجهزة. يحتوي معقد bc1 على 11 وحدة فرعية: 3 وحدات فرعية تنفسية (سيتوكروم b، سيتوكروم c ₁ ، بروتين ريسك )، وبروتينان أساسيان ، و6 بروتينات منخفضة الوزن الجزيئي .

يحفز إنزيم يوبيكوينول-سيتوكروم-سي ريدوكتاز التفاعل الكيميائي

QH ₂ + 2 فيريسيتوكروم ج${\displaystyle \rightleftharpoons }$Q + 2 فيروسيتوكروم c + 2 H ⁺

وبالتالي، فإن الركيزتين لهذا الإنزيم هما الكينول (QH _{2 ) والسيتوكروم} c الحديدي (Fe ³⁺ ) ، في حين أن منتجاته الثلاثة هي الكينون (Q) والسيتوكروم c الحديدي (Fe ²⁺ ) و H ⁺ .

ينتمي هذا الإنزيم إلى عائلة الأكسيدوريدوكتازات ، وتحديدًا تلك التي تعمل على ثنائي الفينولات والمواد ذات الصلة كمُعطي، بينما يعمل السيتوكروم كمستقبل. يشارك هذا الإنزيم في الفسفرة التأكسدية ، وله أربعة عوامل مساعدة : السيتوكروم c1 _{، والسيتوكروم b-562، والسيتوكروم b-566،} وفيريدوكسين حديدي ثنائي من نوع ريسك.

الاسم النظامي لهذه الفئة من الإنزيمات هو يوبيكوينول: فيريسيتوكروم-ج أوكسيدوريدوكتاز . ومن الأسماء الأخرى الشائعة الاستخدام:

بالمقارنة مع الوحدات الفرعية الرئيسية الأخرى لضخ البروتونات في سلسلة نقل الإلكترون ، قد يكون عدد الوحدات الفرعية الموجودة قليلاً، يصل إلى ثلاث سلاسل ببتيدية. يزداد هذا العدد، ويوجد أحد عشر وحدة فرعية في الحيوانات العليا. ^{[ 2 ]} تحتوي ثلاث وحدات فرعية على مجموعات اصطناعية . تحتوي الوحدة الفرعية للسيتوكروم b على مجموعتين من الهيم من النوع b ( bL و bH ₎ ، وتحتوي الوحدة الفرعية للسيتوكروم c على مجموعة واحدة _{من الهيم من النوع} c ( c1 )، وتحتوي الوحدة الفرعية لبروتين ريسك الحديدي الكبريتي (ISP) على عنقود حديد-كبريت مكون _من ذرتي حديد وذرتي كبريت (2Fe•2S).

بنية المركب الثالث: PDB : 1KYO ،PDB : 1L0L

في الفقاريات، يحتوي معقد bc ₁ ، أو المعقد الثالث، على 11 وحدة فرعية: 3 وحدات فرعية تنفسية، وبروتينان أساسيان، و6 بروتينات منخفضة الوزن الجزيئي. ^{[ 3 ] [ 4 ]} قد تحتوي معقدات البروتيوبكتيريا على ثلاث وحدات فرعية فقط. ^{[ 5 ]}

يحفز اختزال السيتوكروم ج عن طريق أكسدة الإنزيم المساعد Q (CoQ) والضخ المصاحب لـ 4 بروتونات من مصفوفة الميتوكوندريا إلى الحيز بين الغشائين:

QH₂ ₊ 2 سيتوكروم ج (Fe³⁺ ⁾ + 2 H⁺ ⁱⁿ _{→ Q +} 2 سيتوكروم ج (Fe²⁺ ⁾ + 4 H⁺ ^out

في العملية التي تسمى دورة Q ، ^{[ 6 ] [ 7 ]} يتم استهلاك بروتونين من المادة الأساسية (M)، ويتم إطلاق أربعة بروتونات في الفضاء بين الغشائين (IM) ويتم تمرير إلكترونين إلى السيتوكروم c .

تُعرف آلية تفاعل المركب الثالث (السيتوكروم bc1، والإنزيم المساعد Q: سيتوكروم C أوكسيدوريدوكتاز) بدورة اليوبيكوينون ("Q"). في هذه الدورة، تُطلق أربعة بروتونات إلى الجانب الموجب "P" (الحيز بين الغشائين)، بينما يُمتص بروتونان فقط من الجانب السالب "N" (المادة الأساسية). ونتيجةً لذلك، يتشكل تدرج بروتوني عبر الغشاء. في التفاعل الكلي، يتأكسد جزيئان من اليوبيكوينول إلى يوبيكوينون ، ويُختزل جزيء واحد من اليوبيكوينون إلى يوبيكوينول . في الآلية الكاملة، ينتقل إلكترونان من اليوبيكوينول إلى اليوبيكوينون، عبر وسيطين من السيتوكروم c.

إجمالي :

• تأكسد 2 × QH ₂ إلى Q
• تم تخفيض 1 × Q إلى QH ₂
• 2 × انخفاض السيتوكروم ج
• تم إطلاق 4 × H ⁺ في الفراغ بين الغشائين
• تم التقاط 2 × H ^{+ من المصفوفة}

يحدث التفاعل وفقًا للخطوات التالية:

الجولة الأولى :

1. يرتبط السيتوكروم ب بـ يوبيكوينول ويوبيكوينون.
2. يقوم كل من مركز 2Fe/2S والهيم B _L بسحب إلكترون من اليوبيكوينول المرتبط، مما يؤدي إلى إطلاق بروتونين في الفضاء بين الغشائين.
3. يتم نقل إلكترون واحد إلى السيتوكروم c ₁ من مركز 2Fe/2S، بينما يتم نقل إلكترون آخر من الهيم B _L إلى الهيم B _H.
4. ينقل السيتوكروم c ₁ إلكترونه إلى السيتوكروم c (لا ينبغي الخلط بينه وبين السيتوكروم c1)، وينقل الهيم B _H إلكترونه إلى يوبيكوينون قريب، مما يؤدي إلى تكوين يوبيسيميكينون.
5. ينتشر السيتوكروم ج. يتم إطلاق اليوبيكوينول الأول (الذي تأكسد الآن إلى يوبيكوينون)، بينما يبقى السيميكينون مرتبطًا.

الجولة الثانية :

1. يرتبط اليوبيكوينول الثاني بالسيتوكروم ب.
2. يقوم كل من مركز 2Fe/2S والهيم B _L بسحب إلكترون من اليوبيكوينول المرتبط، مما يؤدي إلى إطلاق بروتونين في الفضاء بين الغشائين.
3. يتم نقل إلكترون واحد إلى السيتوكروم c ₁ من مركز 2Fe/2S، بينما يتم نقل إلكترون آخر من الهيم B _L إلى الهيم B _H.
4. ثم يقوم السيتوكروم c ₁ بنقل إلكترونه إلى السيتوكروم c ، بينما يلتقط شبه الكينون القريب الناتج من الجولة 1 إلكترونًا ثانيًا من الهيم B _H ، بالإضافة إلى بروتونين من المصفوفة.
5. يتم إطلاق اليوبيكوينول الثاني (الذي تأكسد الآن إلى يوبيكوينون)، بالإضافة إلى اليوبيكوينول المتكون حديثًا. ^{[ 8 ]}

توجد ثلاث مجموعات متميزة من مثبطات المركب الثالث.

• يرتبط Antimycin A بموقع Q _i ويمنع نقل الإلكترونات في المركب III من الهيم b _H إلى Q المؤكسد (مثبط موقع Qi).
• يرتبط كل من ميكسوثيازول وستيغماتيلين بموقع Q _o ويمنعان انتقال الإلكترونات من QH ₂ المختزل إلى بروتين ريسك الحديدي الكبريتي. يرتبط ميكسوثيازول وستيغماتيلين بجيوب متميزة ولكنها متداخلة داخل موقع Q _o .
  • يرتبط ميكسوثيازول بشكل أقرب إلى السيتوكروم bL (ومن هنا أطلق عليه اسم مثبط " قريب ").
  • يرتبط بروتين ستيغماتيلين على مسافة أبعد من الهيم bL وأقرب إلى بروتين ريسك الحديدي الكبريتي، الذي يتفاعل معه بقوة.

تم تسويق بعضها كمبيدات للفطريات ( مشتقات الستروبيلورين ، وأشهرها أزوكسيستروبين ؛ مثبطات QoI ) وكعوامل مضادة للملاريا ( أتوفاكون ). كما تم تسويق بعض مثبطات موقع Qo _{كمبيدات حشرية (مجموعة} IRAC 20). ^{[ 9 ]}

كما أن البروبيل هيكسيدرين يثبط إنزيم السيتوكروم سي ريدوكتاز. ^{[ 10 ]}

يغادر جزء صغير من الإلكترونات سلسلة نقل الإلكترون قبل الوصول إلى المركب الرابع . ويؤدي تسرب الإلكترونات المبكر إلى الأكسجين إلى تكوين فوق الأكسيد . تكمن أهمية هذا التفاعل الجانبي، الذي يُعدّ في الأصل بسيطًا، في أن فوق الأكسيد وأنواع الأكسجين التفاعلية الأخرى شديدة السمية، ويُعتقد أنها تلعب دورًا في العديد من الأمراض، فضلًا عن الشيخوخة ( نظرية الجذور الحرة للشيخوخة ). ^{[ 11 ]} يحدث تسرب الإلكترونات بشكل رئيسي في الموقع Q _o ، ويُحفّز بواسطة أنتيمايسين A. يعمل أنتيمايسين A على تثبيت الهيمات b في الحالة المختزلة عن طريق منع إعادة أكسدتها في الموقع Q _i ، مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع تركيزات شبه الكينون Q _o في حالة الاستقرار، حيث يتفاعل هذا النوع الأخير مع الأكسجين لتكوين فوق الأكسيد . ويُعتقد أن تأثير الجهد العالي للغشاء له تأثير مماثل. ^{[ 12 ]} يمكن إطلاق الأكسيد الفائق المُنتَج في موقع Qo في كلٍّ من مصفوفة الميتوكوندريا ^{[ 13 ] [ 14 ]} والفراغ بين الغشائين، حيث يمكنه الوصول إلى السيتوسول. ^{[ 13 ] [ 15 ]} يُمكن تفسير ذلك بأن المُركَّب الثالث قد يُنتِج الأكسيد الفائق على هيئة HOO ^• قابلة للنفاذ عبر الغشاء، بدلاً من O− غير قابلة للنفاذ ^{عبر الغشاء . [} ₁₄ ^]

• MT-CYB : السيتوكروم ب المشفر بواسطة الحمض النووي للميتوكوندريا ؛ الطفرات المرتبطة بعدم تحمل التمارين الرياضية
• CYC1 : السيتوكروم c1
• CYCS : السيتوكروم ج
• UQCRFS1 : بروتين ريسك الحديدي الكبريتي
• UQCRB : بروتين ربط اليوبيكوينون، طفرة مرتبطة بنقص معقد الميتوكوندريا الثالث من النوع النووي 3
• UQCRH : بروتين المفصل
• UQCRC2 : النواة 2، طفرات مرتبطة بنقص معقد الميتوكوندريا III، النوع النووي 5
• UQCRC1 : النواة 1
• UQCR : وحدة فرعية بوزن 6.4 كيلو دالتون
• UQCR10 : وحدة فرعية بوزن 7.2 كيلو دالتون
• TTC19 : وحدة فرعية تم تحديدها حديثًا، طفرات مرتبطة بنقص المركب الثالث من النوع النووي 2. تساعد في إزالة الجزء الطرفي N من UQCRFS1، والذي قد يتداخل مع وظيفة المركب الثالث. ^{[ 16 ]}

تتجلى الطفرات في الجينات المرتبطة بالمركب الثالث عادةً في عدم تحمل الجهد البدني. ^{[ 17 ] [ 18 ]} وقد أُبلغ عن طفرات أخرى تسبب خلل التنسج البصري الحاجزي ^{[ 19 ]} واضطرابات متعددة الأجهزة. ^{[ 20 ]} مع ذلك، يمكن أن تؤدي الطفرات في جين BCS1L ، المسؤول عن النضج السليم للمركب الثالث، إلى متلازمة بيورنستاد ومتلازمة غراسيل ، وهما حالتان مميتتان لدى حديثي الولادة، تتسمان بمظاهر متعددة الأجهزة وعصبية، مما يجعلهما نموذجًا لاضطرابات الميتوكوندريا الحادة. وقد تم التحقق من إمراضية العديد من الطفرات في أنظمة نموذجية مثل الخميرة. ^{[ 21 ]}

إن مدى ارتباط هذه الأمراض المختلفة بنقص الطاقة الحيوية أو الإفراط في إنتاج الأكسيد الفائق غير معروف حاليًا.

• التنفس الخلوي
• مركز التفاعل الضوئي

• 
  إلخ

• 1 complex site (Edward A. Berry)"}},"i":0}}]}">موقع معقد السيتوكروم bc ₁ (إدوارد أ. بيري) على موقع Wayback Machine (مؤرشف في 9 أكتوبر 2006) على lbl.gov
• موقع معقد السيتوكروم bc ₁ (أنتوني ر. كروفتس) مؤرشف بتاريخ 17-09-2007 في موقع Wayback Machine على uiuc.edu
• 1 complex"}},"i":0}}]}">رابط قديم على موقع archive.today (تمت أرشفته في 27 أغسطس 1999) على موقع scripps.edu
• نموذج جزيئي تفاعلي للمركب الثالث على موقع Wayback Machine (تمت أرشفته في 12 يناير 2009) (يتطلب MDL Chime )
• توجيه البروتينات في الأغشية - عائلات/عائلة فائقة-3 - المواقع المحسوبة لـ bc1 والمركبات ذات الصلة في الأغشية
• Coenzyme+Q-Cytochrome-c+Reductase في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• #124000 نقص المركب الثالث للميتوكوندريا، النوع النووي 1؛ MC3DN1 على OMIM ؛ يسرد جميع أنواع نقص المركب الثالث الأخرى